淺談國外對(duì)建筑管道中機(jī)會(huì)致病菌的研究

張藝馨

摘要：近年來，建筑給水管道中經(jīng)常檢出一類具有共同特征的機(jī)會(huì)致病菌，特別是在建筑熱水系統(tǒng)中，隨著集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)在大型公共建筑和民用住宅中越來越廣泛的應(yīng)用，機(jī)會(huì)致病菌對(duì)人類健康產(chǎn)生的威脅不容忽視。這一問題已得到世界各國學(xué)者越來越的廣泛關(guān)注并相繼開展了相關(guān)研究，而目前我國這方面的研究較少。通過對(duì)國外相關(guān)領(lǐng)域研究的先進(jìn)成果和最新進(jìn)展綜合分析與討論，更全面的掌握建筑管道環(huán)境適宜機(jī)會(huì)致病菌存活繁殖的原因，重視此類問題產(chǎn)生的公共性影響，引起人們對(duì)建筑管道中新興機(jī)會(huì)致病菌的重視，同時(shí)探討抑制此類致病菌滋生的可行措施。

Abstract： In recent years， a series of opportunistic pathogens with common features have been frequently detected in building water supply systems， especially in hot water systems. With the widely use of central hot water supply system in large public buildings and civil residence， the threat of opportunistic pathogens to our health can not be ignored. This problem has received attention of scholars around the world and has carried out related researches， but in China we have few studies in this area. Through the comprehensive analysis and discussion on the advanced achievements and the latest developments of the related fields of foreign countries， fully grasp the reasons of pipeline environment suitable for opportunistic pathogens' survival and reproduction， attach importance to the public impact of such issue， cause people's attention to these emerging opportunistic pathogen in premise plumbing and explore feasible measures to curb this type of pathogen breeding.

關(guān)鍵詞：建筑管道機(jī)會(huì)致病菌；建筑給水；水質(zhì)安全

Key words： opportunistic premise plumbing pathogens；building water supply；water quality security

中圖分類號(hào)：TU991.38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）13-0228-04

0 引言

生活飲用水水質(zhì)安全與人類生命健康息息相關(guān)，經(jīng)過水廠一系列水處理工藝后得到的生活飲用水，水質(zhì)要求符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）的相關(guān)規(guī)定，可以滿足人們對(duì)飲用水的使用要求。然而，近年來在建筑管道中出現(xiàn)了一類機(jī)會(huì)致病菌，繁殖于建筑管道（特別是熱水系統(tǒng)）中較難去除，以氣溶膠為載體傳播，會(huì)導(dǎo)致用水者在日常生活用水過程中感染患病。

長久以來，人們一直把大腸桿菌作為飲用水中主要的微生物風(fēng)險(xiǎn)的指示項(xiàng)進(jìn)行消毒，但美國疾病預(yù)防控制中心（USCDC）2008年提出[1]，相比從水處理廠中流出的傳統(tǒng)糞便傳播致病菌，建筑管道中生長和繁衍的微生物（特別是嗜肺軍團(tuán)菌）傳播導(dǎo)致疾病爆發(fā)發(fā)病率更高。目前國外已有大量研究證實(shí)，很多由機(jī)會(huì)致病菌引起的感染與自來水有關(guān)。需要注意的是，這類致病菌的致死率正在逐年提高，僅嗜肺軍團(tuán)菌的致死率已從5%增長至80%[2，3]，如果此類致病菌在建筑給水系統(tǒng)中爆發(fā)傳播，后果將難以控制。

1 建筑管道機(jī)會(huì)致病菌簡(jiǎn)介

建筑管道中的機(jī)會(huì)致病菌（Opportunistic Premise Plumbing Pathogens，簡(jiǎn)稱OPPPs）屬于新興的研究領(lǐng)域，國外對(duì)OPPPs的研究相對(duì)有限。因可參考的數(shù)據(jù)資料較少、缺少統(tǒng)一規(guī)范的檢測(cè)方法、無OPPPs的致病限值、對(duì)OPPPs與建筑管道環(huán)境間關(guān)系沒有全面了解等原因，使人們目前無法有效控制減少OPPPs。

1.1 OPPPs的種類

建筑管道機(jī)會(huì)致病菌是一類可通過水傳播導(dǎo)致人體感染的致病菌，對(duì)建筑管道環(huán)境有良好的適應(yīng)能力，能在建筑物內(nèi)的管道系統(tǒng)中存活、繁殖。國外目前公認(rèn)且研究較多的建筑管道機(jī)會(huì)致病菌包括嗜肺軍團(tuán)菌（Legionella pneumophila）、鳥分枝桿菌（Mycobacterium avium）和其它非結(jié)核分枝桿菌（NTM），以及銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa又稱綠膿桿菌），此外還有甲基桿菌屬（Methylobacterium spp.）、鮑曼不動(dòng)桿菌（Acinetobacter baumanii）、嗜水氣單胞菌（Aeromonas hydrophila）和棘阿米巴屬（Acanthamoeba spp.）等，未來可能發(fā)現(xiàn)更多新的OPPPs。

1.2 OPPPs的危害

老年人、兒童以及免疫缺陷人群是主要的易感人群（見表1），感染途徑分為社區(qū)獲得性感染和醫(yī)院獲得性感染。由于OPPPs的多重抗藥性，一種菌屬的致病菌株多樣化，對(duì)不同抗生素敏感度的差異，患病后治療難度較大，甚至?xí)＜吧F(xiàn)少有特異性的抗菌藥物能治愈。

近期發(fā)表的一項(xiàng)研究表明美國軍團(tuán)菌的發(fā)病率約13，000例/年，非結(jié)核分枝桿菌在2004-2007年期間發(fā)病率16，000例/年[4]。在美國因感染造成的年度經(jīng)濟(jì)損失非常高，軍團(tuán)菌超過4.3億美金/年，非結(jié)核分枝桿菌感染也已達(dá)4.25億美金/年[4]。隨著OPPPs疾病率的不斷攀升和由此帶來的巨額經(jīng)濟(jì)損失，國外非常重視對(duì)這類致病菌的研究。

2 國外對(duì)OPPPs的研究

2.1 OPPPs的共同特征

美國弗吉尼亞理工大學(xué)Joseph O. Falkinham，III教授等人，提出OPPPs能建筑管道環(huán)境中存活的共同特征[1，6，7]，包括：抗消毒劑、易于附著管壁形成生物膜、存活并生長在有吞噬作用的、非寄生的阿米巴中、在低氧濃度下生長、在低水平有機(jī)碳濃度下生長的能力、耐高溫和耐抗生素等。這些共同的特征使OPPPs能在有消毒劑、水流停滯低氧的管道環(huán)境中生長繁殖，大部分OPPPs在達(dá)到較高溫度時(shí)才會(huì)出現(xiàn)生長抑制（例如，軍團(tuán)菌>46℃，分枝桿菌>53℃），這也是它們能夠在建筑熱水系統(tǒng)中繁殖活躍的原因之一。大多數(shù)機(jī)會(huì)致病菌是抗阿米巴微生物（amoebae-resisting microorganisms，簡(jiǎn)稱ARM），它們能夠存活在阿米巴體內(nèi)，從而削弱了消毒劑產(chǎn)生的影響。

2.2 建筑管道環(huán)境對(duì)OPPPs的影響

建筑管道較高的比表面積、間歇性的水流停滯、較低濃度的剩余消毒劑和熱循環(huán)等特征，促進(jìn)了OPPPs在管道中繁殖生長[6，7]。建筑管道表面積與體積比數(shù)值較高，有助于生物膜的形成，而生物膜為OPPPs提供了棲息場(chǎng)所；間歇水流停滯，低消毒劑余量和熱循環(huán)為OPPPs提供了適宜的生長環(huán)境。OPPPs在不同管材上的附著程度有明顯的不同[8]，鳥分枝桿菌在不銹鋼上附著程度最高，在玻璃上附著程度最低，而銅管對(duì)嗜肺軍團(tuán)菌的繁殖有一定的抑制作用。綜合OPPPs的共同特征以和建筑管道的特點(diǎn)可知，這些致病微生物以近乎理想的生存狀態(tài)在建筑管道環(huán)境中滋生。

相比自來水系統(tǒng)，OPPPs在建筑熱水系統(tǒng)中滋生的問題更加突出。熱水系統(tǒng)中，飲用水加熱后其水質(zhì)發(fā)生了變化，如更適宜OPPPs生長的水溫、水化學(xué)特性的改變、剩余消毒劑減少，熱水系統(tǒng)熱循環(huán)效果的差異、停滯的水流等等，使OPPPs更容易在熱水系統(tǒng)中存活繁殖，在使用熱水時(shí)（特別是淋浴過程中），因吸入含有OPPPs的氣溶膠導(dǎo)致感染。

綜合OPPPs的特征和建筑管道的特點(diǎn)可知，這些致病微生物以近乎理想的生存狀態(tài)在給水管網(wǎng)和建筑管道環(huán)境中滋生。

2.3 OPPPs的存在狀態(tài)

美國在約40%的住宅樣本中鑒定出了可檢出水平的嗜肺軍團(tuán)菌[9]，調(diào)研的住宅和建筑物中淋浴噴頭中70%的生物膜樣本含有分枝桿菌屬，而且其中30%含有鳥分枝桿菌[10]。國外的研究經(jīng)驗(yàn)表明[1]，從住宅、公寓、醫(yī)院和辦公樓等房屋建筑管道中完全根除此類機(jī)會(huì)致病菌幾乎是不可能的。

為了節(jié)約能源和資源再利用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色建筑中設(shè)置了綠色水系統(tǒng)。水在長距離的管道內(nèi)停留時(shí)間過長，太陽能加熱水溫升高較慢或熱量利用不充分，城市熱網(wǎng)、熱泵加熱不能將水溫加熱至較高的溫度[5]，都增高了微生物生長繁殖的風(fēng)險(xiǎn)，給OPPPs提供了滋生的條件。

為了保證公共健康、減少細(xì)菌的傳播，避免人們?cè)谟盟^程中直接接觸水龍頭，電子感應(yīng)式水龍頭已普遍使用于公共場(chǎng)所中，但在電子感應(yīng)式水龍頭已有大量檢出機(jī)會(huì)致病菌的情況（軍團(tuán)菌和銅綠假單胞菌），其滋生原因尚不明確，很可能是受較低的流速、適宜的溫度和感應(yīng)式水龍頭中使用的構(gòu)件材質(zhì)（電磁閥與出水口之間的管段通常采用橡膠或聚氯乙烯）等因素的影響。

澳大利亞對(duì)一組使用不同消毒劑的市政管道進(jìn)行全年監(jiān)測(cè)對(duì)比[12]，發(fā)現(xiàn)水中軍團(tuán)菌和分枝桿菌數(shù)量隨管道距離的增加并無明顯變化，但都在末端用水點(diǎn)處大量滋生。此外，家庭給水過濾裝置對(duì)含氯消毒劑的去除，也為致病菌的滋生提供了更有利的生存環(huán)境。

2.4 OPPPs的檢測(cè)

一般微生物檢測(cè)可通過傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室來培養(yǎng)，但一些OPPPs處于活的、不可培養(yǎng)（a viable， but nonculturable，簡(jiǎn)稱VBNC）狀態(tài)，例如銅綠假單胞菌和嗜肺軍團(tuán)菌。細(xì)胞在這種狀態(tài)下是活的，但無法在培養(yǎng)基上形成菌落，最后導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差。目前的分子雜交技術(shù)多為定性結(jié)果，而q-PCR（定量聚合酶鏈反應(yīng)）檢測(cè)技術(shù)雖然能夠定量檢測(cè)，但無法鑒別細(xì)菌的死活，且檢測(cè)成本較高。目前已出現(xiàn)軍團(tuán)菌的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)方法（巢式PCR和熒光PCR法等），但仍需進(jìn)一步驗(yàn)證這一方法的可行性。

3 國外將OPPPs列入水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)并制定研究計(jì)劃

3.1 美國OPPPs研究計(jì)劃

為了更全面有效地解決由OPPPs帶來的健康威脅，降低公眾感染的風(fēng)險(xiǎn)，美國水研究基金會(huì)（Water Research Foundation）多次組織專家學(xué)者進(jìn)行討論[5]，于2012年5月發(fā)布了包含20項(xiàng)研究計(jì)劃的征求意見建議書（RFPs）（表2），從微生物傳染病學(xué)（EPI）、檢測(cè)方法（METH）、微生物生態(tài)學(xué)（ECOL）、工程控制（ENG）四個(gè)重要領(lǐng)域展開研究。

美國推進(jìn)這一計(jì)劃需做大量實(shí)驗(yàn)，目前大多數(shù)研究仍處于起步階段，因此，還有待深入的探索和研究。

3.2 已列入水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的OPPPs

世界衛(wèi)生組織（WHO）和美國已把軍團(tuán)菌和分枝桿菌列入了《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》和《國家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中，并把濁度作為微生物指標(biāo)中的一項(xiàng)，見表3。

4 減少OPPPs的措施

研究表明，升高水溫、保持一定劑量的剩余消毒劑、提高水中氧的含量、降低濁度等方法可有效減少水中OPPPs的數(shù)量。

4.1 高溫消毒

高溫消毒是一種不向水中添加其他物質(zhì)的消毒方法，可通過提高循環(huán)熱水溫度、提高熱水器出水溫度、降低熱水輸送時(shí)間達(dá)到目的，一般需要將水溫升高至60-70℃（軍團(tuán)菌生長抑制溫度>46℃，分枝桿菌>53℃），但同時(shí)存在燙傷和能源浪費(fèi)問題，國外因沐浴燙傷致死的案例也有發(fā)生，特別是兒童和老年人；同時(shí)如果將溫度升高至60℃以上，會(huì)因快速結(jié)垢和腐蝕損害管道系統(tǒng)。高溫滅菌后系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)OPPPs再次增殖，因高溫殺菌后的細(xì)菌死體可能會(huì)為再次生長提供營養(yǎng)物質(zhì)。因此，特別是在醫(yī)院、幼兒園和養(yǎng)老院等特殊場(chǎng)所應(yīng)采取防燙傷措施，嚴(yán)格控制出水溫度。

4.2 消毒劑消毒

水廠水處理主要是針對(duì)大腸桿菌等致病微生物進(jìn)行消毒處理，經(jīng)過水廠消毒處理后這些致病菌已經(jīng)低于標(biāo)準(zhǔn)限值。OPPPs耐消毒劑，提高消毒劑濃度可能會(huì)殺滅其他與之競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的微生物，提供更理想的生存環(huán)境，產(chǎn)生消毒劑副產(chǎn)物并存在水的嗅味問題；UV消毒有可能會(huì)導(dǎo)致微生物突變，OPPPs能夠存活于阿米巴中，削弱了消毒作用。更重要的是，OPPPs滋生在市政給水管網(wǎng)和建筑給水管道中，并隨著管道距離的增加而增殖（特別是在末端用水點(diǎn)處），因此應(yīng)在建筑管道中保持一定劑量的剩余消毒劑，對(duì)OPPPs的滋生起到抑制作用。

4.3 提高水中含氧量溶解氧并降低濁度

一些OPPPs在低濃度溶解氧條件下生長速率高，在水中氧濃度較高時(shí)生長反而受到抑制，因此適當(dāng)提高水中氧濃度很有必要。濁度是影響OPPPs的另一項(xiàng)重要因素，OPPPs易附著生成生物膜，如[6]降低濁度可有效減少鳥分枝桿菌的數(shù)量。

4.4 其他措施

在改善水中理化條件的同時(shí)，還應(yīng)結(jié)合其他有效方法共同實(shí)施。如[1]沖刷管道減少管壁上附著的生物膜；拆除水龍頭上的節(jié)水充氣裝置，減少致病菌與空氣的接觸；更換不易產(chǎn)生氣溶膠的淋浴花灑，對(duì)淋浴花灑進(jìn)行定期更換或清洗消毒（包括帶有軟管的手提式淋浴噴頭），在水龍頭和淋浴花灑上安裝微生物過濾器。在工程設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)不斷優(yōu)化管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)熱水循環(huán)效果，減少布置不合理的滯水或死水區(qū)，在管道末端采取環(huán)路安裝措施，以增強(qiáng)熱水系統(tǒng)的循環(huán)效果，同時(shí)優(yōu)化管材的選擇，選擇不易生成生物膜的管材等；并在醫(yī)院等存在高危感染風(fēng)險(xiǎn)的公共場(chǎng)所使用肘式水龍頭；加強(qiáng)給水系統(tǒng)的日常監(jiān)管，定期進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)進(jìn)行處理。

以上方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，單一的措施很難有效的抑制水中OPPPs的增殖。應(yīng)綜合建筑的特點(diǎn)、管道的條件以及用戶的用水規(guī)律、物業(yè)管理維護(hù)水平等條件，建立危害分析的臨界控制點(diǎn)（Hazard Analysis Critical Control Point，簡(jiǎn)稱HACCP），對(duì)管道系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，通過多種措施有效減少OPPPs。

5 結(jié)語

近年來，在我國建筑內(nèi)的給水末端已多次檢測(cè)出這類機(jī)會(huì)致病菌，但并未引起足夠重視。隨著我國人口老齡化加速和人群免疫力普遍下降的現(xiàn)狀，飲用水水質(zhì)微生物安全問題亟待解決。目前研究還存在許多研究盲區(qū)和不足之處，例如與OPPPs關(guān)聯(lián)的水質(zhì)指標(biāo)研究不全面（如溶解氧、TOC和水中的氫等），感染患病資料的缺乏及不斷出現(xiàn)新興的致病菌，控制OPPPs手段的局限等等。這些問題帶來的挑戰(zhàn)，有待進(jìn)一步深入探索。因此，有必要大力開展OPPPs研究，給百姓帶來安全和健康的生活用水環(huán)境。

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